【《某工厂电能管理系统的硬件选型和软件设计案例》3500字】

I某工厂电能管理系统的硬件选型和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u16975某工厂电能管理系统的硬件选型和软件设计案例 115685第1章工厂电能管理系统的硬件选型及设计 2101121.1硬件系统概述 236231.2硬件系统拓扑图 215681.3电能管理系统硬件选型 316921.1.1智能电表选型 3182721.1.2采集器与采集终端选型 931011.1.3plc选型 11326981.4电能管理系统硬件设计 1368051.2.1数据采集终端的设计 14305611.2.2Zigbee终端的设计 14280521.5小结 1526405第2章工厂电能管理系统软件的设计 1682312.1工厂电能管理系统概述 1654892.2系统结构功能 18246602.3电能管理模块 2072522.1.1电能数据采集 20316282.1.2电能控制模块 21104152.1.3数据备份及打印报表 21295832.1.4数据查询模块 22174122.4实时监控及预警模块 2419442.5系统管理模块 2513952.6数据处理系统 26第1章工厂电能管理系统的硬件选型及设计1.1硬件系统概述当前经济快速发展，这使得机器对电能的消耗也是很大的，无论是工厂，还是其它企事业单位，对电能的使用都将加大。在我工厂，通过近些年的发展，工厂规模的不断发展壮大，工厂用电设备的增多，用电需求量大，所以我们得从实际出发对系统的硬件选型和设计，这样才能使得系统与实际相结合，有针对性的构架，使得系统完美运行，同时也要减少不必要的设施。

1.2硬件系统拓扑图在工厂中对于一整套设备、一类设备、一个区域的设备来说相当于一个整体，将其单做整体能够更好的构架系统，能让系统更加简洁明了。系统拓扑图如图1.1所示：图1.1硬件系统拓扑图1.3电能管理系统硬件选型1.1.1智能电表选型智能电表有很多的厂家，有很多的型号，由于需要远程采集和传输数据，并且需要与物联网相连接，即与zigbee采集器通过RS485线相连接，则选择的电表需要具有RS485通信接口，其次还需要有数据存储功能，通过通讯接口可以访问这些数据。综上所述，安装再每台设备上的电表选择安科瑞的ACR120EL，而在高压重要回路和低压进线柜选择ACR330ELH，它有电压不平衡报警、测量电压峰值等优点。ACR120EL实物如图1.2所示：图1.2ACR120EL电表ACR120EL技术参数如表1.1所示：表1.1ACR120EL技术参数表端子接线如图1.3所示：图1.3电表端子接线图查看信息的操作如图1.4所示：图1.4查看信息流程图ACR330ELH技术参数如表1.2所示：表1.2ACE330ELH技术参数表下排电流电压信号端子接线图如图1.5所示:图1.5下排端子接线图上排端子接线图如图1.6所示：图1.6上排端子接线图电表接线图如图1.7所示：图1.7电表接线图1.1.2采集器与采集终端选型由于使用的是无线物联网Zigbee技术，故选择其相搭配的采集器与采集终端，选择的是ANEZB-485ZIGBEE采集器与ANEZB-GTWZIGBEE网络终端。其性能参数如表1.3所示：表1.3采集器与采集终端性能参数采集器接线图如图1.8所示：图1.8ZIGBEE采集器接线图网络终端接线图如图1.9所示：图1.9ZIGBEE网络终端接线图1.1.3plc选型plc选择西门子的S7-200，cpu选择226型号。模型如图1.10所示：图1.10S7-200PLC其技术指标如表1.4所示：表1.4S7-200技术指标其具有可扩展模块如表1.5所示：表1.5S7-200的可扩展模块1.4电能管理系统硬件设计电能管理系统的硬件设计首先是数据采集部分，将数据送入Zigbee终端又有数据上传部分，硬件设计也可以从这两部分入手。采集部分由Zigbee采集器对设备电能数据实时采集，最多可连接32个电表，同时需要完成相关数据的计算。无线集中器即Zigbee终端是将多个采集器采集的数据集中处理通过以太网上传。硬件设计如图1.11所示：图1.11电能管理系统的硬件设计图1.2.1数据采集终端的设计采集器能够处理的信号是比较弱的信号，而输入的电线的信号是强信号，所以需要用互感器使强信号转化为弱信号。信号经过转化后进入前端信号处理AD转换器进行处理，使得信号能够被采集器采集，处理后的信号送入微处理器处理，就可将数据存储和通过天线无线传输至Zigbee终端。采集器设计如图1.12所示：图1.12采集器设计图1.2.2Zigbee终端的设计采集器将数据通过天线无线传输至采集终端，数据通过Modbus-RTU协议进行解析，对采集器采集到的数据重新组织，然后存储在存储器中进而传输到监控主机中的数据库即组态王中的数据库供实时显示与历史查询。终端设计如图1.13所示：图1.13终端设计图

1.5小结本章简单的介绍了电能管理系统的概述，画出其拓扑图。详细的介绍了电能管理系统的硬件选型，首先电表选用ACR120EL与ACR330RLH，其次采集器与终端选择ANEZB-485采集器与ANCZB-GTW网络终端，最后PLC选用西门子S7-200其中cpu使用226。并详细的介绍了数据采集端与传输端的硬件设计。第2章工厂电能管理系统软件的设计2.1工厂电能管理系统概述工厂电能管理系统是用来对设备用电信息采集、存储、传输，然后用PLC与组态王对设备运行状态、耗电情况进行监控。当设备信息出现异常时，例如设备断电、发热过高引起运行异常、电能质量冲击等，系统能够实现报警准确定位，远程控制设备的紧急关机。它由电能表、采集器、终端、管理系统和通信网络构成。电能管理系统框架如图2.1所示。图2.1电能管理系统框图在上述工厂电能管理系统中，给每台设备安装电能表，采集数据通过下层网络即无限网络发送到数据集中设备zigbee终端，然后数据由终端通过上层网络即以太网送到监视控制的PLC与组态王组成的管理系统，组态王自带的数据库将数据存储以供实时显示与历史查询，再统计与计算数据进行控制。工作过程如下：1.首先由管理人员设置数据收集时间，系统自行将指令发送给终端。2.终端接收到指令，再通过无线网络，将指令传送到采集器。1.采集器根据指令将用电设备的电能表的信息收集，并将数据通过无线网络传至终端。2.终端将收到的数据信息，传送到管理系统。数据采集工作流程如图2.2所示：图2.2数据采集工作流程图2.2系统结构功能工厂电能管理系统要控制设备的运行，在计算中的组态王软件还要设置系统界面，与各种操作连接，点击即可进入相关操作界面。首先界面设计要简洁明了，容易操作，其次该有的功能连接要有，使操作时能够随时进入相关页面，最后就是查询板块要有实时查询与历史查询且可供打印。将电能管理系统分为以下三个模块：电能管理模块：对工厂所有设备电能数据的采集、存储，对设备进行控制且包含实时查询与历史查询且可供打印。电能管理模块是整个系统设计的核心。2.实时监控及预警模块：将采集到的数据实时显示，电能数据出现异常时进行报警。主要是预防事故的发生，大大增加了生产安全性。1.系统管理模块：提供使用者即管理员操作选项，主要包括用户权限及退出两个选项。结构功能图如图2.3所示：图2.3工厂电能管理系统的结构功能图监控主机的总体结构设计，如图2.4所示：图2.4监控主机总体结构设计示意图

2.3电能管理模块电能管理模块是整个系统中最重要的部分，它贯穿整个系统，从数据采集到数据查询，再到数据报表打印。

2.1.1电能数据采集电能表是用来数据采集的，如电压、功率、电流、频率等数据，数据的传输方式有很多种，即通讯方式的多样化，这里使用基于modbus通讯协议的RS485通讯。电能表对信息采集的准度也不一样，选择的电能表准确等级高。电能表功能结构如图2.5所示：图2.5电能表功能图2.1.2电能控制模块电能控制模块，主要就是通过PLC与组态王对接受到的异常信号进行处理，找到故障地方，控制设备启停。

2.1.3数据备份及打印报表数据备份及打印可以提供给工厂任何时间段的历史数据，即将每个所采集的数据都有备份，并且可连接打印机将数据打印出来，打印以报表形式呈现，还可自行设计报表界面，主要是Excel表格，操作简单。工厂管理员可以随时了解到各个时间段的设备耗电情况，使得电能管理更加便捷。数据打印报表如图2.6所示：图2.6数据打印报表

2.1.4数据查询模块数据查询主要是数据的实时显示查询与历史数据查询，使得对用电设备的耗电情况非常清楚。实时电量查询如图2.7所示：图2.7实时电量查询历史数据查询如图1.8所示：图2.8历史数据查询2.4实时监控及预警模块实时监控及预警，将采集到的数据实时显示，电能数据出现异常时进行报警。主要是预防事故的发生，大大增加了生产安全性。报警组的定义如图2.9所示：图2.9报警组定义图报警页面也需要设计，其中包含报警与事件，事件指的是管理员操作产生的事件，如退出，查询等操作。报警页面如图2.10所示：图2.10报警窗口

2.5系统管理模块系统管理模块，提供使用者即管理员操作选项，主要包括用户权限及退出两个选项。系统管理是工厂管理员操作的，所以有权限限制即权限管理，并将对系统的操作记录下来形成日志。系统操作日志如图2.11所示：图2.11系统操作日志系统运行界面如图2.12所示：图2.12系统运行界面

2.6数据处理系统在工厂中设备很多，需要采集的数据就很多，所以对于数据处理来说是个很大的挑战。数据处理系统首先是数据采集部分，将工厂所有设备的电能数据采集起来，通过无线网络发送到终端，终端将